В этом подробном руководстве мы рассмотрим различные аспекты ENIG, его преимущества и недостатки, области применения и стандарты, а также сравним его с другими видами отделки поверхностей.
Что такое ENIG?
Бесплавильное никелевое погружное золочение (ENIG) — популярная поверхностная обработка, используемая при производстве печатных плат (PCB). Это двухслойное металлическое покрытие состоит из слоя никеля, нанесенного на медные контакты печатной платы, и тонкого слоя золота.
Обзор процесса ENIG
Процесс ENIG включает следующие этапы:
Предварительная обработка → удаление масла → промывка водой → промывка кислотой → промывка водой → микротравление → промывка водой → препрег (H2SO4) → активация (Pd-катализатор) → промывка водой → химическое никелирование (Ni/P) → промывка водой → погружное золочение → извлечение золота → промывка водой → сушка
Предварительная обработка:
Цель состоит в том, чтобы удалить оксиды с поверхности меди с помощью щетки или пескоструйной обработки и сделать поверхность меди шероховатой, чтобы повысить адгезию последующего никеля и золота.
Микротравление:
Персульфат натрия/серная кислота для удаления оксидного слоя с поверхности меди и уменьшения глубины царапин, образовавшихся в результате чистки щеткой во время предварительной обработки. Слишком глубокие следы от щетки часто становятся причиной повреждения никелевого слоя при погружении в золото.
Активация:
Поскольку поверхность меди не может непосредственно инициировать реакцию химического никелирования, необходимо сначала нанести на поверхность меди слой палладия (Pd), который будет действовать в качестве катализатора реакции химического никелирования. Используя принцип, согласно которому Cu более активен, чем Pd, ион палладия восстанавливается до металлического палладия и присоединяется к поверхности меди.
Химический никель:
Ni / P, его основная роль заключается в блокировании миграции между медью и золотом (миграция) и диффузии, а также в качестве продолжения роли сварки и химической реакции олова для образования элементов IMC.
Покрытие золотом методом погружения:
Основная цель золота в защите и предотвращении окисления никелевого слоя, золото в процессе пайки не участвует в химической реакции, слишком много золота скорее мешает прочности припоя, поэтому золота достаточно, чтобы покрыть никелевый слой, чтобы он не подвергался окислению, если вы хотите сделать COB (Chip On Board), то это другой вопрос, потому что слой золота должен иметь достаточную толщину.
Преимущества и недостатки ENIG
ENIG и его вариант ENEPIG (безтоковый никель, безтоковый палладий, погружное золото) были разработаны в качестве альтернативы более традиционным покрытиям для пайки, таким как выравнивание пайки горячим воздухом (HASL). Хотя эти покрытия более дорогие и требуют дополнительных этапов обработки, они имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными покрытиями.
Преимущества
- Отличная плоскостность поверхности:
ENIG обеспечивает ровную поверхность, что имеет решающее значение для монтажа таких компонентов, как матрицы с шариковыми контактами (BGA) и другие компоненты с мелким шагом. - Хорошая стойкость к окислению:
слой золота защищает никель от окисления, обеспечивая более длительный срок хранения и улучшенные электрические характеристики. - Высокая пригодность для подвижных контактов:
благодаря низкому контактному сопротивлению и антифрикционным свойствам ENIG идеально подходит для таких применений, как мембранные переключатели и штекерные разъемы. - Соответствие RoHS:
ENIG — экологически чистая поверхностная обработка, которая соответствует требованиям RoHS.
Недостатки
- Более высокая стоимость:
ENIG дороже традиционных паяльных покрытий, таких как HASL. - Сложные этапы обработки:
Многоэтапный процесс ENIG может увеличить сложность производства печатных плат. - Возможность появления дефектов в виде черных пятен:
ранние процессы ENIG были склонны к плохой адгезии к меди и образованию непроводящего слоя «черных пятен» из-за попадания серосодержащих соединений из паяльной маски в гальваническую ванну.
Стандарты ENIG
Качество и другие аспекты покрытий ENIG для печатных плат регулируются стандартом IPC (Institute of Printed Circuits) 4552A, который охватывает такие темы, как спецификации толщины и контроль процессов. Кроме того, стандарт IPC 7095D, посвященный разъемам с шариковыми матрицами, затрагивает некоторые вопросы, связанные с ENIG, и их устранение.
Требования к толщине ENIG
В покрытии ENIG никелевый слой служит барьером для медной площадки, а золотой слой защищает никель во время хранения и обеспечивает низкое сопротивление контакта. Обычно толщина никелевого слоя составляет от 4 до 7 мкм, а толщина золотого слоя — от 0,05 до 0,23 мкм. Эти толщины указаны в стандарте IPC-4552 для ENIG.
Дефекты черной прокладки
Одной из основных проблем при использовании покрытий ENIG является вероятность появления дефектов в виде черных пятен. Черные пятна, также известные как хрупкие трещины, возникают в результате избыточного содержания фосфора, который образуется в процессе нанесения покрытия ENIG. Эти дефекты могут привести к ослаблению металлургических связей и, в конечном итоге, к разрушению паяных соединений.
Для предотвращения дефектов черных контактов необходимо строго контролировать никелевую ванну и тщательно следить за уровнем pH. Усовершенствования в технологии погружного золочения также помогли снизить риск образования черных контактов за счет минимизации коррозии никелевой поверхности.
Сравнение ENIG с другими видами отделки поверхности
ENIG часто сравнивают с другими видами поверхностной обработки, такими как HASL, OSP (органические консерванты паяемости), погружное оловянирование и ENEPIG. Каждый вид обработки имеет свои преимущества и недостатки, и выбор поверхностной обработки зависит от таких факторов, как стоимость, применение продукта, типы компонентов и объем производства.
Линия высокотемпературной пайки
HASL — это традиционное покрытие для пайки, которое обеспечивает отличную паяемость и низкую стоимость. Однако у него есть некоторые недостатки, в том числе неровная поверхность и потенциальные проблемы с совместимостью с бессвинцовой пайкой.
OSP
OSP — это органическое покрытие, которое обеспечивает ровную поверхность и хорошую паяемость. Однако срок его хранения ограничен, и в условиях высокой плотности он может быть не так надежен, как ENIG.
Погружение в олово
Погружное лужение — популярная обработка поверхности, которая обеспечивает отличную паяемость и плоскостность. Однако срок хранения этого покрытия короче, чем у ENIG, и оно не так устойчиво к окислению.
ENEPIG
ENEPIG — это усовершенствованная версия ENIG, в которой между слоями никеля и золота добавлен тонкий слой палладия, нанесенный безтоковым способом. Этот дополнительный слой помогает предотвратить появление дефектов в виде черных пятен и улучшает общие характеристики покрытия. Однако ENEPIG, как правило, дороже ENIG.
Применение ENIG
ENIG широко используется в технологии поверхностного монтажа (SMT), бессвинцовой пайке и корпусах BGA. Он хорошо подходит для таких отраслей, как передача данных/телекоммуникации, высокотехнологичная бытовая электроника, аэрокосмическая промышленность, военная промышленность и медицинское оборудование. Кроме того, ENIG часто предпочитают на рынке гибких печатных плат из-за его высокой надежности и производительности.
Заключение
ENIG — это универсальный и надежный вариант отделки поверхности печатных плат, обеспечивающий отличную стойкость к окислению, плоскостность поверхности и паяемость. Несмотря на некоторые недостатки, такие как более высокая стоимость и вероятность появления дефектов в виде черных пятен, преимущества этого метода делают его популярным выбором для многих применений печатных плат. Понимая преимущества и ограничения ENIG и сравнивая его с другими методами отделки поверхности, разработчики печатных плат могут принимать обоснованные решения при выборе лучшей отделки поверхности для своих проектов.
